В ядерном реакторе впервые получен вид меди, не встречающийся в природе

Ученые Венского технического университета нашли способ упростить и удешевить производство одного из важнейших медицинских изотопов — меди-64. Этот радиоактивный элемент используется для ПЭТ-диагностики и все активнее рассматривается как основа для терапии опухолей. Однако в природе он не встречается, а его получение до сих пор требовало дорогостоящего оборудования и редкого исходного сырья. Теперь исследователям удалось продемонстрировать альтернативный путь — превращение стабильной меди-63 в медь-64 с помощью нейтронного облучения в исследовательском реакторе. Ключевую роль в этом сыграла давно известная, но никогда не применявшаяся в этой области «химия отдачи». Работа опубликована в журнале Dalton Transactions.

Сегодня изотоп получают преимущественно в циклотроне: ядра никеля-64 облучают протонами, которые превращают атом в медь-64, выбивая из него нейтрон. Метод надежен, но требует как дорогостоящего оборудования, так и изотопа Ni-64, который сам по себе встречается крайне редко. Учитывая, что медь-64 распадается за 13 часов, логистика ее производства — отдельная проблема: необходимо производить изотоп быстро и близко к месту применения.

Идея заменить никель на более доступную медь-63 выглядит логично: достаточно добавить один нейтрон — и получится нужный изотоп. Однако на практике возникало непреодолимое препятствие: после облучения образуется смесь, состоящая почти полностью из обычной меди, и лишь ничтожная доля — из Cu-64. Химически разделить их практически невозможно.

Команде Венского технического университета удалось преодолеть эту проблему благодаря эффекту отдачи. Исследователи встроили атомы меди-63 в специально созданные молекулы — устойчивые металлоорганические комплексы, напоминающие структуру гема в человеческой крови. Когда медь-63 поглощает нейтрон и превращается в медь-64, ее ядро получает значительный избыток энергии и избавляется от него, испуская гамма-квант. Мощный импульс буквально «выбивает» атом из молекулы, оставляя в комплексе лишь исходную стабильную медь.

Таким образом, после облучения получается неравномерная смесь: связанная в молекулах Cu-63 и свободная Cu-64. Последнюю легко выделить с помощью обычных химических методов. Это принципиально меняет условия производства изотопа: процесс может быть автоматизирован, молекулярные комплексы — многократно использованы, а для облучения достаточно обычного исследовательского реактора.

Разработанная технология делает производство меди-64 более доступным и независимым от редкого никеля и дорогостоящих ускорителей. По словам авторов работы, это может существенно снизить стоимость медицинского изотопа и расширить его применение в диагностике и терапии онкологических заболеваний.